LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

12
LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL TEMPERATUR UAP DAN AIR, LEVEL AIR PADA BOILER PIPA API BUDI UTOMO NIM. 201354061 DOSEN PEMBIMBING Ir. MASRUKI KABIB, MT. RIANTO WIBOWO, ST., M.Eng PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MURIA KUDUS 2019

Transcript of LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

Page 1: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

LAPORAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL TEMPERATUR UAP DAN

AIR, LEVEL AIR PADA BOILER PIPA API

BUDI UTOMO

NIM. 201354061

DOSEN PEMBIMBING

Ir. MASRUKI KABIB, MT.

RIANTO WIBOWO, ST., M.Eng

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MURIA KUDUS

2019

Page 2: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...
Page 3: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...
Page 4: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...
Page 5: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL TEMPERATUR UAP DAN AIR, LEVEL

AIR PADA BOLER PIPA API

Nama Mahasiswa : Budi Utomo

Nim : 201354061

Pembimbing : 1. Ir. Masruki Kabib, MT.

2. Rianto Wibowo, ST., M.Eng

ABSTRAK

Sistem kontrol pada boiler ini merupakan suatu sistem kontrol yang penting sebagai

untuk pengendalian agar mendapatkan temperatur uap, air dan level air. Apabila tidak ada

program kontrol, sistem kontrol pada boiler ini tidak berjalan dengan sempurna dan sangat

efisien untuk mempermudah proses industri tersebut.

Metode0yang0digunakan melakukan studi literatur untuk0mendapatkan

informasi0tentang perancangan sistem kontrol0dan perancangan sebelumnya yang telah

dilakukan, pemodelan dan simulasi terhadap alternatif sistem kontrol yang digunakan untuk

dapat menentukan sistem kontrol yang sesuai, proses perancangan sistem kontrol yang

meliputi diagram blok sistem kemudian uji stabilitas, perancangan dan0pembuatan hardware

rangkaian elektronik, pembuatan sofware yang0pemograman kontrol

menggunakan0ARDUINO UNO, melakukan implementasi0sistem kontrol boiler untuk

mengontrol temperatur uap, air dan level air tersebut.

Peracangan sistem kontrol boiler0didesain sesuai penggunaan0sistem kerja boiler, hasil

yang diperoleh dari perancangan0dan pembuatan untuk mengendalikan temperatur uap, air

dan level air yang di hasilkan boiler untuk memenuhi kebutuhan sistem kontrol boiler.

Kata Kunci : Sistem Kontrol Boiler, Temperatur Uap.

Page 6: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

DESIGN OF VOCATIONAL AND WATER TEMPERATURE CONTROL SYSTEM,

WATER LEVEL ON FIRE PIPE BOILER

Student0Name : Budi Utomo

Student0Identity0Number : 201354061

Supervisor : 1. Ir. Masruki Kabib, M.T

2. Rianto Wibowo, ST., M.Eng

ABSTRACT

The control system in this boiler is an important control system for control in order to

obtain steam, water and water level temperature. If there is no control program, the control

system on this boiler does not run perfectly and is very efficient to simplify the industrial

process.

The method used to study literatur is to obtain information about the0design of the

control9system and the previous design that9has been done, modeling and simulation0of

alternative control system that are used9to determine the appropriate9control system, the

control9system design process which0includes system block diagrams and stability tests.

Designing and manufacturing electronic0circuit hardware, making sofware that0controls

programming using ARDUINO UNO, implementing a boiler control system to control the

temperature of steam, water and water level.

The design9of the boiler control0system is designed0according to the use of the

boiler0work system, the results obtained from the design and manufacture to control the

temperature of steam, water and the level of water produced by the boiler to meet the needs

of the boiler control system.

Keywords : Boiler Control System, Steam Temperature.

Page 7: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kasih

dan sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Rancang

Bangun Sistem Kontrol Temperatur Uap, Air Dan Level Air Pada Boiler Pipa Api”.

Dengan selesainya skripsi ini, maka penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima

kasih kepada semua pihak yang terlibat dalam penyusunan skripsi ini. khususnya kepada:

1. Bapak9Mohammad0Dahlan, ST., MT. Selaku Dekan9Fakultas Teknik

Universitas Muria Kudus.

2. Bapak0Rianto0Wibowo, ST., M.Eng. Selaku0Ka Progdi0Teknik Mesin

Fakultas0Universitas Muria0Kudus.

3. Bapak0Ir. Marsuki0Kabib, MT. Selaku0Dosen Pembimbing0I Dan

Bapak0Rianto Wibowo, ST., M.Eng Selaku0Pembimbing II, yang

telah0melibatkan dalam0pembuatan mesin0boiler.

4. Bapak0Qomarruddin, ST., MT. Selaku0Dosen Penguji Ketua Penguji0yang

telah banyak0memberi masukkan0dan saran.

5. Bapak Rochmad Winarso, ST., MT. Selaku dosen penguji II yang telah banyak

memberi maukkan dan saran.

6. Kedua0orang tua yang0telah memberi0banyak0semangat.

7. Team0boiler dan rekan-rekan0yang berkumpul0alam pejuang skripsi

mahasiswa teknik mesin angkatan 2013 Universitas Muria Kudus

yang0memberikan saran0dan ilmu pengetahuan0dalam kesulitan.

8. Rekan-rekan0di Laboratorium Teknik0Mesin dan0Elektro0UMK.

Tentunya sebagai manusia tidak pernah luput dari kesalahan, penulis menyadari

bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, Oleh karena itu saran dan kritik dari semua

pihak sangat diharapkan demi penyempurnaan selanjutnya. khususnya bagi penulis dan para

pembaca pada umumnya. Semoga Allah SWT meridhoi dan dicatat sebagai ibadah disisi-

Nya, amin.

Kudus, 26 Agustus 2019

Page 8: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

DAFTAR ISI

HALAMAN0JUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN0PERSETUJUAN ........................................................................ ii

HALAMAN0PENGESAHAN .......................................................................... iii

PERNYATAAN0KEASLIAN .......................................................................... iv

ABSTRAK ......................................................................................................... v

ABSTRACT ........................................................................................................ vi

KATA0PENGANTAR ...................................................................................... vii

DAFTAR ISI...................................................................................................... viii

DAFTAR0GAMBAR ........................................................................................ x

DAFTAR0TABEL ............................................................................................ xi

DAFTAR 0LAMPIRAN ................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang....................................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ............................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah ................................................................................... 4

1.4 Tujuan .................................................................................................... 5

1.5 Manfaat .................................................................................................. 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Kontrol Pada Boiler ................................................................... 6

2.1.1 Pengendalian Level Air Pada Boiler Pipa Api............................. 9

2.1.2 Sistem Pengendali Steam Drum Pada Boiler Pipa Api ............... 9

2.2 Boiler ..................................................................................................... 10

2.3 Mikrokontroller ..................................................................................... 11

2.4 Arduino .................................................................................................. 12

2.5 Thermocouple ........................................................................................ 12

BAB III METODOLOGI

3.1 Alur Rancang Bangun ........................................................................... 14

3.2 Studi Literatur ........................................................................................ 15

3.2 Analisa Kebutuhan Sistem Pengendali Pada Boiler Pipa Api ............... 15

3.4 Proses0Perancangan0Sistem Kontrol .................................................... 17

3.5 Perancangan0Dan0Pembuatan Hardware Kontrol Temperatur ............ 17

Page 9: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

3.6 Pembuatan Program Microkontroller Arduino ..................................... 17

3.7 Implementasi Sistem Kontrol0Temperatur0Pada0Boiler0Pipa Api ..... 17

BAB IV0HASIL DAN0PEMBAHASAN

4.1 Proses Perancangan Sistem Kontrol ...................................................... 18

4.1.1 Analisa Temperatur Uap, Air Dan Level Air ............................. 18

4.1.2 Level Kontrol Pada Saat Ketinggian Air Naik ............................ 20

4.1.3 Level Kontrol Pada Saat Air Turun ............................................. 21

4.1.4 Diagram0Blok9Sistem0Kontrol .................................................. 21

4.1.5 Proses Mekanis Dan Pemodelan Level Air ................................. 22

4.1.6 Spesifikasi kontrol ....................................................................... 25

4.2 Perancangan0Dan0Pembuatan0Hardware ............................................ 26

4.2.1 Perancangan0Hardware0(Perangkat0Keras) .............................. 26

4.2.2 Pembuatan Hardware (Perangakat Keras) .................................. 29

4.3 Gambar Jadi Bagian Boiler ................................................................... 30

4.4 Pembuatan Program............................................................................... 32

4.5 Implementasi Sistem Kontrol Temperatur Boiler ................................. 33

4.5.1 Pemilihan0Perangkat0Keras0Kontroller ..................................... 33

4.6 Pengujian0Sistem0Kontrol .................................................................... 33

4.7 Pengambilan0Data ................................................................................. 34

BAB V PENUTUP

5.10Kesimpulan ........................................................................................... 35

5.20Saran ..................................................................................................... 35

Daftar0Pustaka ...................................................................................................... 38

LAMPIRAN

BIODATA PENULIS

Page 10: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

DAFTAR0GAMBAR

Gambar 2.1 Single Element Kontrol ..................................................................... 7

Gambar 2.2 two Element Kontrol ......................................................................... 7

Gambar 2.3 Three Element Kontrol ...................................................................... 8

Gambar 2.4 Arduino Uno ..................................................................................... 12

Gambar 2.5 Termokopel ....................................................................................... 13

Gambar 3.1 Diagram0Alir Perancangan0Sistem0Kontrol ................................... 14

Gambar 4.1 Diagram Blok Desain Sistem Kontrol Temperatur ........................... 21

Gambar 4.2 Gambar Boiler Temperatur Uap, Air Dan Level Air ........................ 23

Gambar 4.3 Perancangan Dan Pembuatan Hardware .......................................... 26

Gambar 4.4 Arduino ............................................................................................. 27

Gambar 4.5 Termokopel Tipe K ........................................................................... 28

Gambar 4.6 Steam valve ....................................................................................... 28

Gambar 4.7 Driver Selenoid ................................................................................. 28

Gambar 4.8 Laptop ............................................................................................... 29

Gambar 4.9 Panel Bok .......................................................................................... 30

Gambar 4.10 Sensor Termokopel ......................................................................... 30

Gambar 4.11 Burner ............................................................................................. 31

Gambar 4.12 Ekonomizer ..................................................................................... 31

Page 11: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

DAFTAR0TABEL

Tabel 3.1 Analisa0Kebutuhan0Sistem0Pengendalian Boiler ............................... 16

Tabel 4.1 Steam Tabel Pressure Based................................................................. 19

Tabel 4.2 Level Air ............................................................................................... 20

Tabel 4.3 Kontrol Level Air .................................................................................. 32

Tabel 4.5 Setting0Set0Point Untuk Boiler............................................................ 32

Tabel 4.6 Data Alat ............................................................................................... 36

Page 12: LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL ...

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Sofware Arduino

Lampiran 2 Gambar Hardware

Lampiran 3 Lembar Revisi

Lampiran 4 Lembar Konsultasi

Lampiran 5 Turnitin

Lampiran 6 Biodata Diri